CN103558524A - 一种开关柜局部放电检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电网领域的一种开关柜局部放电检测装置，包括开关柜和三相电缆线，以及超声波传感器、超高频传感器、高频电流传感器、暂态地电压传感器、频谱分析仪、示波器和计算机；开关柜包括柜壁和三相预制头，三相电缆线中的各个单相电缆线与三相预制头中的各个单相预制头对应连接；三相预制头外套接电缆盒，超高频传感器位于三相预制头的周围；超声波传感器固定在开关柜的柜壁上，超声波传感器、超高频传感器和暂态地电压传感器均连接示波器；示波器连接计算机，暂态地电压传感器固定在电缆盒的外壁上；高频电流传感器固定在三相电缆线中各个单相电缆线的屏蔽层上，高频电流传感器连接频谱分析仪，频谱分析仪连接计算机；超声波传感器和超高频传感器均是可移动的。

Description

一种开关柜局部放电检测装置

技术领域

本发明涉及电网领域的一种开关柜局部放电检测装置。

背景技术

开关柜的绝缘能力是决定开关柜能够安全稳定运行的重要因素。开关柜现场试验方法的不足和投运的开关柜出现的绝缘故障严重威胁着电力系统的安全运行。局部放电检测是反应开关柜绝缘状况的有效手段，也是当前研究的热点。对于开关柜局部放电的检测，目前常用的是声电波检测设备，即采用超声波传感器和超高频传感器连接示波器，示波器连接计算机，超声电波检测设备直接以dB的形式表征局部放电活动的强度，具有操作简单，规则明确的特点，深受现场运行人员的欢迎。然而局部放电是微弱的电现象，在检测过程中极易受到外界干扰的影响，如果不能有效识别出干扰并加以排除，将很难保证局部放电数据分析的正确性与有效性。此外，现有的声电检测设备的定位功能简单，只能实现单一放电点情况下开关柜柜体的粗略定位，对于多放电点及开关柜内部的精确定位定相都难以实现，这极大地降低了定位的有效性和检修的效率。为此，拓展研究其它检测技术在开关柜方面的应用很有必要。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种开关柜局部放电检测装置，其能够对开关柜局部放电精确定位定相，并准确确定开关柜局部放电的类型。

实现上述目的的一种技术方案是：一种开关柜局部放电检测装置,包括开关柜和三相电缆线，所述开关柜包括柜壁和三相预制头，所述三相电缆线中的各个单相电缆线与所述三相预制头中的各个单相预制头对应连接；所述三相预制头外套接电缆盒，所述电缆盒与所述三相电缆线之间套接绝缘盖；所述开关柜局部放电检测装置还包括超声波传感器、超高频传感器、示波器和计算机；所述超高频传感器位于所述三相预制头的周围；所述超声波传感器固定在所述开关柜的柜壁上，所述超声波传感器和所述超高频传感器均连接所述示波器；所述示波器连接所述计算机；

所述开关柜局部放电检测装置还包括高频电流传感器、暂态地电压传感器和频谱分析仪；所述暂态地电压传感器固定在所述电缆盒的外壁上；所述暂态地电压传感器连接所述示波器；

所述高频电流传感器固定在所述三相电缆线中各个单相电缆线的屏蔽层上，所述高频电流传感器连接所述频谱分析仪，所述频谱分析仪连接所述计算机；

所述超声波传感器和所述超高频传感器均是可移动的。

进一步的，所述高频电流传感器通过夹持固定在三相电缆线中的各个单相电缆线的屏蔽层上。

进一步的，所述三相电缆线上设有屏蔽层接地线，所述屏蔽层接地线上固定有高频电流传感器。

再进一步的，所述三相电缆线上还设有铠装层，所述铠装层上设有铠装层接地线，所述铠装层接地线上固定有高频电流传感器。

更进一步的，所述高频电流传感器通过夹持固定在所述三相电缆线的屏蔽层接地线上和/或铠装层接地线上。

进一步的，所述示波器为TDS680型数字存储示波器。

进一步的，所述频谱分析仪为IFR2398型频谱分析仪。

进一步的，所述超声波传感器、所述超高频传感器、所述暂态地电压传感器均通过ZigBee网络与所述示波器连接，所述高频电流传感器与所述频谱分析仪通过总线或ZigBee网络连接。

进一步的，所述示波器和所述频谱分析均通过总线或者Wlan无线网络与所述计算连接。

进一步的，所述暂态地电压传感器通过粘贴固定在所述电缆盒的外壁上。

采用了本发明的一种开关柜局部放电检测装置的技术方案，即开关柜局部放电检测装置包括超声波传感器、高频电流传感器、超高频传感器、暂态地电压传感器、示波器、频谱分析仪和计算机，所述高频电流传感器固定在所述三相电缆线中各个单相电缆线的屏蔽层上，所述高频电流传感器连接所述频谱分析仪，所述述超声波传感器、所述超高频传感器和所述暂态地电压传感器均连接所述示波器，所述示波器和所述频谱分析仪均连接所述计算机的技术方案。其技术效果是：有效解决了开关柜局部放电检测过程中干扰问题，提高检测结果的可信度；并能对放电位置精确定位定相，对放电位置的定位精确到厘米级，并确定判断局部放电的类型，极大的方便了工程技术人员掌握开关柜的运行状况。

附图说明

图1为本发明的一种开关柜局部放电检测装置的内部结构示意图。

图2为本发明的一种开关柜局部放电检测装置的外部结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1至图2，本发明的发明人为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例，并结合附图进行详细地说明：

请参阅图1和图2，本发明的一种开关柜局部放电检测装置,包括开关柜1和三相电缆线2，开关柜1包括柜壁11和三相预制头12，三相电缆线2中的各个单相电缆线与三相预制头12中的各个单相预制头对应连接；开关柜局部放电检测装置还包括超声波（AE）传感器3、高频电流（HFCT）传感器4、超高频（UHF）传感器5、暂态地电压（TEV）传感器6、示波器7、频谱分析仪8和计算机9。

其中，超声波传感器3位于开关柜1的柜壁11上，并且是可移动的；超高频传感器5位于三相预制头12的周围，并且也是可移动的。

三相预制头12外套接电缆盒13，电缆盒13与三相电缆线2之间套接绝缘盖14。暂态地电压传感器6通过粘贴固定在电缆盒13的外壁上。

当开关柜1内部局部放电发生时，放电脉冲的上升沿很陡，沿着局部放电路径的电流上升时间<1ns，脉冲宽度多为纳秒级，能激励起1GHz以上的超高频电磁信号。超高频电磁信号在空间传播，通过安装的开关柜1的三相预制头12周围的超高频（UHF）传感器5就可以接收超高频电磁信号。此外，随着放电的发生，伴随着爆裂状超声波信号产生，且向四周介质传播，通过安装在开关柜1的柜壁11周围的超声波传感器3接受该超声波信号，超声波传感器3超声波信号转换为超声波电信号，超声波传感器3和超高频传感器5都能对开关柜1内的局部放电水平进行测量。

在超高频电磁信号传播过程中，对于不同位置的超高频传感器5而言，不同超高频传感器5接受到超高频电磁信号的时间是不一样的。局部放电点的定位原理是根据超高频传感器5接受到信号的时间差，在开关柜1发生局部放电位置，即三相预制头12的两端，图1中为左右两端各放置一个超高频传感器5，并在示波器7上观察两个超高频传感器5接收的超高频电磁信号是否有时间差，有则可以通过计算机9计算开关柜局部放电点的位置，也可通过人工计算局部放电点的位置。没有则改变其中任意一个超高频传感器5的位置，直到在示波器7上观察到两个超高频电磁信号存在时间差为止。然后计算开关柜局部放电点的位置。然而由于受超高频电磁信号传播路径与超高频传感器5位置等因素的影响，超高频电磁信号起始时间往往不能准确辨识，只能进行初步定位，难以实现局部放的准确定位。

超声波定位是通过测量局部放电产生的超声波信号传播到位于开关柜1的柜壁11上多个不同位置的超声传感器3，并在示波器7上观察各个超声波传感器3在示波器7上产生超声波电信号之间的延时，根据延时和超声波传播速度，利用空间解析几何的方法计算开关柜局部放电点的精准确位置，实现开关柜局部放电点的精确定位，尽管超声波在电力设备常用材料介质中衰减较大，测量有效范围较小，但却能对开关柜局部放电点精确定位。

本发明中，先采用超高频传感器5对开关柜局部放电点行一次定位分析，确定局部放电点的大致范围，然后同时采用超声波传感器3进行二次精确定位分析，实现局部放电点的准确定位，即精确到厘米级。这样通过超高频电磁信号和超声波电信号进行两次分析监测，能更加有效地排除现场干扰，提高局部放电定位精度和缺陷类型识别的准确性。

这样设计的目的在于：超高频传感器5能够检测到开关柜中由局部放电而产生的激发信号，即超高频电磁信号，该激发信号为频率在UHF频率段，即300M～3GHz的电磁波，由于通常的干扰信号，其频率都在300MHz之下，超高频传感器5检测到的超高频电磁信号具有无可比拟的抗干扰性能。

暂态地电压（TEV）传感器6是一个外接电容耦合装置，它是测量开关柜或电缆端局部放电较有效的传感器。该传感器作为一个电容耦合器检测从开关面板流出至接地金属表面的放电脉冲，并传输给示波器7。根据示波器7接收到的放电脉冲的波形和相位，计算机9确定开关柜局部放电点的类型，也可以在示波器7上显示的波形和相位直接判断。

高频电流传感器4固定在三相电缆线2中各个单相电缆线的屏蔽层上，即三相电缆线2的本体上，也可以固定在三相电缆线2的屏蔽层接地线21上或者铠装层接地线22上。所有的高频电流传感器4连接频谱分析仪8；高频电流传感器4利用电磁感应耦合原理检测流向大地的局部放电的高频电流脉冲，将高频电流脉冲转化为高频电压脉冲传递给频谱分析仪8。根据频谱分析仪8接收到的高频电压脉冲的波形和相位，计算机9可以对开关柜局部放电点进行精确定相定位，也可以根据频谱分析仪8上显示的波形和相位直接进行人工判断。

本发明的一种开关柜局部放电检测装置通过综合使用超声波传感器3、高频电流传感器4、超高频传感器5、暂态地电压传感器6，有效解决了开关柜局部放电检测过程中干扰问题，提高检测结果的可信度；并能对开关柜局部放电精确定位定相，对局部放电位置的定位精确到厘米级。并确定判断开关柜局部放电的类型，极大的方便了工程技术人员掌握开关柜的运行状况。

本实施例中，频谱分析仪7为IFR2388型频谱分析仪，以提高频谱分析仪8对高频电压脉冲检测的精确性。高频电流传感器4与频谱分析仪8通过总线或ZigBee网络连接，使得本发明的一种开关柜局部放电检测装置的使用更为便捷。本实施例中，采用的示波器7为TDS690型数字存储示波器，以对超高频传感器5所采集的超高频电磁信号、超声波传感器3所采集的超声波电信号以及暂态地电压传感器6所采集的地电波信号的波形进行实时的存储、记录和调用。超高频传感器5、超声波传感器3以及暂态地电压传感器6均通过ZigBee网络与示波器7连接，提高本发明的一种开关柜局部放电检测装置的使用便捷性。当然超声波传感器3、超高频传感器5和暂态地电压传感器6也可通过RS232总线或者RS485总线连接示波器7。高频电流传感器8也可通过RS232总线或者RS485总线连接频谱分析仪8。

示波器7和频谱分析仪8均通过总线或者Wlan无线网络与计算机9连接，其中使用Wlan网络可以实现本发明的一种开关柜局部放电检测装置对开关柜局部放电的远程监控。

钳形高频电流传感器夹（图中未显示）使高频电流传感器4通过夹持固定在三相电缆线2的电缆本体或屏蔽层接地线21，或者铠装层接地线22上。该高频电流传感器4既能提取开关柜1自身的局部放电，又能获取来自三相电缆线2的局部放电。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (10)

1.一种开关柜局部放电检测装置,包括开关柜（1）和三相电缆线（2），所述开关柜（1）包括柜壁（11）和三相预制头（12），所述三相电缆线（2）中的各个单相电缆线与所述三相预制头（12）中的各个单相预制头对应连接；所述三相预制头（12）外套接电缆盒（13），所述电缆盒（13）与所述三相电缆线（2）之间套接绝缘盖（14）；所述开关柜局部放电检测装置还包括超声波传感器（3）、超高频传感器（5）、示波器（7）和计算机（9）；所述超高频传感器（5）位于所述三相预制头（12）的周围；所述超声波传感器（3）固定在所述开关柜（1）的柜壁（11）上，所述超声波传感器（3）和所述超高频传感器（5）均连接所述示波器（7）；所述示波器（7）连接所述计算机（9）；其特征在于：

其还包括高频电流传感器（4）、暂态地电压传感器（6）和频谱分析仪（8）；所述暂态地电压传感器（6）固定在所述电缆盒（13）的外壁上；所述暂态地电压传感器（6）连接所述示波器（7）；

所述高频电流传感器（4）固定在所述三相电缆线（2）中各个单相电缆线的屏蔽层上，所述高频电流传感器（4）连接所述频谱分析仪（8），所述频谱分析仪（8）连接所述计算机（9）；

所述超声波传感器（3）和所述超高频传感器（5）均是可移动的。

2.根据权利要求1所述的一种开关柜局部放电检测装置，其特征在于：所述高频电流传感器（4）通过夹持固定在三相电缆线（2）中的各个单相电缆线的屏蔽层上。

3.根据权利要求1所述的一种开关柜局部放电检测装置,其特征在于：所述三相电缆线（2）上设有屏蔽层接地线（21），所述屏蔽层接地线（21）上固定有高频电流传感器（4）。

4.根据权利要求3所述的一种开关柜局部放电检测装置,其特征在于：所述三相电缆线上还设有铠装层，所述铠装层上设有铠装层接地线（22），所述铠装层接地线（22）上固定有高频电流传感器（4）。

5.根据权利要求4所述的一种开关柜局部放电检测装置，其特征在于：所述高频电流传感器（4）通过夹持固定在所述三相电缆线（2）的屏蔽层接地线（21）上和/或铠装层接地线（22）上。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的一种开关柜局部放电检测装置，其特征在于：所述示波器（7）为TDS680型数字存储示波器。

7.根据权利要求1至5中任意一项所述的一种开关柜局部放电检测装置，其特征在于：所述频谱分析仪（8）为IFR2398型频谱分析仪。

8.根据权利要求1至5中任意一项所述的一种开关柜局部放电检测装置，其特征在于：所述超声波传感器（3）、所述超高频传感器（5）、所述暂态地电压传感器（6）均通过ZigBee网络与所述示波器（7）连接，所述高频电流传感器（4）与所述频谱分析仪（8）通过总线或ZigBee网络连接。

9.根据权利要求1至5中任意一项所述的一种开关柜局部放电检测装置，其特征在于：所述示波器（7）和所述频谱分析仪（8）均通过总线或者Wlan无线网络与所述计算机（9）连接。

10.根据权利要求1至5中任意一项所述的一种开关柜局部放电检测装置，其特征在于：所述暂态地电压传感器（6）通过粘贴固定在所述电缆盒（13）的外壁上。

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